Для чего служит трансформатор: особенности, принцип работы и применение

Для начала разберемся, для чего служит трансформатор и что это такое. Это электрическая машина, предназначенная для изменения напряжения тока. Они бывают разные в зависимости от назначения. Существуют трансформаторы тока, напряжения, согласующие, сварочные, силовые, измерительные. У всех разные задачи, но однозначно их объединяет принцип действия. Любые трансформаторы работают на переменном токе. Не существует таких устройств постоянного тока. Все они имеют первичную и вторичную обмотки.

Что называют первичной, а что - вторичной обмоткой?

Первичной считается та, на которую приходит напряжение, а вторичная – та, с которой его снимают. Предположим, что мы имеем трансформатор, который преобразует 220 В переменного тока в 12 В. В таком случае первичной обмоткой является та, которая на 220 В. Но трансформаторы могут не только понижать, но и повышать напряжение. Таким образом, подключая 12 В переменного тока на ранее указанную вторичную обмотку, мы с первичной можем снимать 220 В. Таким образом они меняются местами.

В некоторых случаях вторичных обмоток может быть несколько. Например, в старых телевизорах стояли устройства с одной первичной обмоткой и множеством вторичных, напряжение на которых варьировалось от 3,3 до 90 В. В любом случае трансформатор служит для преобразования напряжений и токов до оптимальных значений.

Закон сохранения энергии

Следует понимать, что данный агрегат не берет энергию из ниоткуда. Для примера возьмем трансформатор с напряжением первичной обмотки 220 В и током 5 А. Это значит, что его мощность составляет 1100 Вт. Со вторичной обмотки на 22 В мы сможем снять ток не более 50 А. Переведя в ватты, получаем те же 1100 Вт. Больше мощности со вторичной обмотки мы не снимем. При попытке это сделать устройство просто выйдет из строя. Таким образом, становится ясно, для чего служит трансформатор. Для преобразования переменного напряжения в постоянное. Далее расскажем подробнее о каждом виде таких устройств.

Измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы

Такие приборы служат для снижения величин до приемлемых для измерительных приборов. Применяются они в контрольно-измерительных приборах. Также можно встретить такие устройства в микропроцессорной технике. Там они работают как датчик, который посылает сигналы разного уровня на плату, в зависимости от чего последняя "принимает решение" о дальнейшем функционировании прибора.

Как правило, они обладают высокой точностью и не предназначены для питания потребителей. Примерами, для чего служат измерительные трансформаторы, могут быть приведенные ниже устройства для преобразования тока и напряжения. Мы постараемся максимально подробно объяснить их назначение.

Трансформаторы тока

Трансформатор тока

Для чего служат подобные устройства? Они предназначены для снижения величины тока до приемлемой измерительным оборудованием. По сути, они являются промежуточным оборудованием между проводниками, с которых необходимо снять значение величины, и измерительным механизмом. Применяются такие трансформаторы, как уже было ранее сказано, в измерительных приборах, оборудовании защиты и автоматике. Подключаются же они таким образом: первичная обмотка имеет несколько витков и включается последовательно нагрузке, а вторичная - на минимально возможное сопротивление защитного или измерительного оборудования.

Обычно такие трансформаторы поставляются вместе с самим оборудованием, так как незначительные изменения в сопротивлении нагрузки повлияют на точность измерений, а оборудование защиты не будет работать должным образом. Конструктивная особенность и способ подключения таких приборов делают невозможным питание потребителя.

Трансформаторы напряжения

Трансформатор напряжения

Этот вид устройств не применяется для питания потребителей, а необходим для создания гальванической развязки между высоковольтной и низковольтной частью. Метод изготовления ничем не отличается от силовых видов устройств с аналогичным названием. Все так же имеется первичная и вторичная обмотки, сечение провода довольно низкое, что не позволяет использовать его для питания потребителей.

Для примера возьмем киловольтметр. Дело в том, что соорудить прибор, который бы держал высокое напряжение, слишком накладно. Поэтому между измерительными щупами, которые снимают значение величин, и прибором устанавливается трансформатор напряжения. Он преобразует высокие величины до приемлемых измерительным механизмом (примерно 100 В). Такая мера позволяет не вносить изменения в измерительный механизм. В некоторой степени такая схема подключения позволяет обезопасить электрика, который проводит замеры.

Также их применяют для установки в различные автоматизированные системы управления и защиты. Теперь вы знаете для чего служат трансформаторы напряжения. Перейдем к следующему типу – сварочным устройствам с одноименным названием.

Силовые трансформаторы

Силовой трансформатор, мощные потребители

Это более мощные устройства, которые многие из вас видели. Далее подробно расскажем, для чего служат силовые трансформаторы. Они нужны для повышения/понижения напряжения посредством электромагнитной индукции до той величины, которая необходима потребителю. В случае с данными устройствами под словом “потребитель” подразумеваются производства и жилые дома.

Самым ярким примером служат устройства, которые понижают 6(10) кВ до приемлемых 380 В, которые уже отдельно взятой фазой в совмещении со средней линией питают наши дома необходимыми 220 В. А пример такого повышающего трансформатора можно встретить в микроволновке, где тот из сетевых 220 В делает необходимые для работы магнетрона 2 кВ. Высоковольтные агрегаты (свыше 1000 В) почти всегда трехфазные, и их подразделяют на устройства масляного или воздушного охлаждения, а также по климатическому исполнению и по напряжению первичной обмотки.

Особенностью трехфазных трансформаторов является то, что в зависимости от включения обмоток (звезда-треугольник) можно изменять рабочее напряжение в 1,73 раза. Допустим, данный агрегат, соединенный треугольником на 6 кВ, может работать в сети 10 кВ, если, конечно, производитель позаботился о такой возможности со стороны изоляции. Бывают такие трансформаторы, как выше указанно, трехфазные и однофазные. Предназначены устройства для работы с различными мощностями в зависимости от нужд потребителя.

Однофазные трансформаторы, которые раньше использовались как блоки питания, сейчас активно вытесняются различными электронными преобразователями, которые обладают большим КПД, меньшим весом и габаритами. Также силовые устройства можно подразделить по типу исполнения магнитопровода на стержневые и броневые.

Трансформатор со стержневым магнитопроводом устроен таким образом, что на П-образную деталь устанавливают на 2 катушки, а сверху замыкают ярмом. Преимуществом является то, что элементы фактически не соприкасаются друг с другом.

В броневом магнитопроводе катушка устанавливается на Ш-образную деталь. Секция, на которой находятся проводники, обычно сначала наматывается как первичная, а затем, через термостойкий разделитель, как вторичная. Преимуществом является усиленная механическая защита обмоток.

Также существуют тороидальные сердечники, но они выполняются из ферритовых колец, т. к. сооружать такую конструкцию из шихтованного магнитопровода накладно. Такие агрегаты обычно применяются в электронике и работают на высоких частотах.

Сварочные трансформаторы

Сварочный трансформатор

Для чего служат подобные устройства? По сути, они являются самостоятельными агрегатами. То есть сварочный трансформатор - это не обвязка, обеспечивающая работу какого-либо устройства, а он сам является полноценным прибором. Назначение такого аппарата - это понижение сетевого напряжения до сравнительно низкого, примерно 50-60 В, и обеспечение большого тока.

При таком напряжении пробивает довольно короткая дуга, но поистине огромный ток обеспечивает ей большую мощность. Благодаря последнему параметру осуществляется сварка или резка металла.

Такие трансформаторы, как правило, имеют подстройку тока. Это необходимо для изменения диаметра и типа сварочного электрода. Правда, сварочные трансформаторы для бытового использования все больше вытесняются инверторами. Что не удивительно, ведь у сварочного преобразователя КПД ниже. Он сильно сажает сетевое напряжение, потребляя большие токи на первичную обмотку, обладает большим весом, низкой мобильностью, довольно сильно нагревается по сравнению с аппаратами инверторного типа.

Сварочный инвентор - аналог трансформатора

Теперь вы знаете, как работает и для чего служит сварочный трансформатор.

Согласующий

Пример использования согласующего трансформатора

Трансформатор данного типа применяется в различных многокаскадных схемах для согласования сопротивления между различными частями схемы. Можно встретить его в ламповом звуковом усилителе. Обычно в таких устройствах он является выходным.

Так для чего же служит трансформатор согласования с нагрузкой? Например, рабочее напряжение ламп в усилителе звуковых частот составляет 70-90 В, но ток мизерный. На динамики такое напряжение подавать нельзя, значит, его понижают до допустимого напряжения и, соответственно, ток повышается.

Целью такого трансформатора является понижение напряжения или повышение до значения, необходимого определенному узлу аппарата.

Заключение

Все аппараты для преобразования тока и напряжения объединяет принцип действия. Ключевые параметры, на которые стоит обращать внимание при покупке: напряжение первичной, вторичной обмотки, частота, коэффициент мощности и, соответственно, мощность и выходной ток.

В быту данный агрегат уже почти не применяется. Ведь сварочный трансформатор заменил инвертор, а его аналоги в блоках питания уже заменили электронные преобразователи напряжения. Делается это по причине того, что устройства обычно обладают, по сравнению с электронными, большим весом, а также они не выгодны с экономической точки зрения из большого расхода цветного металла при производстве и дорогого ремонта. В скором времени останутся в производстве только трансформаторные подстанции, но лишь в тех местах, где заменить их электронными компонентами не будет возможности.

В этой статье мы постарались объяснить, для чего служат трансформаторы, и немного рассказали об их основных видах.

Статья закончилась. Вопросы остались?
Подписаться
Я хочу получать
Правила публикации
Следят за новыми комментариями — 5
Редактирование комментария возможно в течении пяти минут после его создания, либо до момента появления ответа на данный комментарий.